CN109169207A - 一种适于网络控制的智能灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于灌溉领域，具体涉及一种智能灌溉系统，包括：内设控制模块的抽水总泵和分布在田间各区域的土壤湿度检测模块，以及连通二者的云服务器；所述控制模块和土壤湿度检测模块上均设有无线通讯模块，以分别连入云服务器；所述土壤湿度检测模块适于检测所在区域的土壤含水量并发送至云服务器；所述控制模块适于从云服务器获取该检测值并判定其小于设定值时，控制开启抽水总泵。本发明的智能灌溉系统通过无线通讯模块实现了控制模块和土壤湿度检测模块在云服务器上的信息传输，从而控制抽水总泵对土壤干燥的区域进行灌溉，既能及时灌溉，又能保证不浪费水资源。具有节能环保的特点。

Description

一种适于网络控制的智能灌溉系统

技术领域

本发明涉及灌溉领域，具体涉及一种适于网络控制的智能灌溉系统。

背景技术

随着现代科技的发展，蔬菜、花卉、养猪、养禽等农业，出现了技术和资金密集的工厂化生产，并发展迅速。在现代密集型农业生产中，灌溉一直是个大问题，尤其是面临大面积土地时，由于地势不同，其土壤湿度情况也各不相同，若进行统一灌溉，必然耗时耗力，也容易损坏农田。

为改善上述问题，现提出一种智能灌溉系统，通过无线通讯模块实现了控制模块和土壤湿度检测模块在云服务器上的信息传输，从而控制抽水总泵对土壤干燥的区域进行灌溉，既能及时灌溉，又能保证不浪费水资源。具有节能环保的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适于网络控制的智能灌溉系统，用于解决上述技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能灌溉系统，包括：内设控制模块的抽水总泵和分布在田间各区域的土壤湿度检测模块，以及连通二者的云服务器；所述控制模块和土壤湿度检测模块上均设有无线通讯模块，以分别连入云服务器；所述土壤湿度检测模块适于检测所在区域的土壤含水量并发送至云服务器；所述控制模块适于从云服务器获取该检测值并判定其小于设定值时，控制开启抽水总泵。进一步，所述抽水总泵的出水端设有出水总管；以及所述出水总管连通各区域的出水分管，且在各出水分管的进水口处设有与土壤湿度检测模块一一对应的电子水阀；当某区域的土壤湿度检测模块检测土壤含水量小于设定值时，所述控制模块适于控制开启抽水总泵并开启对应的电子水阀，以使相应的出水分管对该区域进行灌溉。

进一步，所述无线通讯模块包括：天线装置；所述天线装置包括：天线和位于天线外侧的天线罩；其中所述天线罩包括至少一个超材料片层；所述超材料片层包括第一基板和阵列排布在所述第一基板上的多个尺寸相同的人造微结构；所述人造微结构包括口字形结构，以及所述口字形结构的中心位置设置有十字形结构，且所述口字形结构的每一边的中部均设置有类似于所述十字形结构的对应端部结构。

进一步，每个超材料片层还包括覆盖于多个人造微结构上的第二基板、第三基板。

进一步，所述超材料片层中的第一基板可划分为多个超材料单元，其中每个超材料单元上排布有一个所述人造微结构。

进一步，所述超材料单元的长和宽均为12～15mm，所述人造微结构与所述超材料单元的边界之间的距离为0.15mm。

进一步，所述十字形结构包括两条互相垂直的第一金属丝和第二金属丝；所述第一金属丝的两端设置有相同尺寸的第一金属微结构，且所述第一金属微结构由三条尺寸递减的金属线平行组成；所述第二金属丝的两端设置有相同尺寸的第二金属微结构，所述第二金属微结构由一根金属线和一金属框组成，其中金属框包绕所述一根金属线；所述口字型结构中与第一金属丝相对一边的中部设有类似于第二金属微结构的构造，所述口字型结构中与第二金属丝相对一边的中部设有类似于第一金属微结构的构造；所述口字型结构中两边的交接处还设置有一T型结构。

进一步，所述十字形结构由两条尺寸相同且垂直平分的金属丝构成。

本发明的有益效果是，本发明的智能灌溉系统通过无线通讯模块实现了控制模块和土壤湿度检测模块在云服务器上的信息传输，从而控制抽水总泵对土壤干燥的区域进行灌溉，既能及时灌溉，又能保证不浪费水资源；也解决了田间拉扯网线的麻烦，具有节能环保的特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的智能灌溉系统的原理框图；

图2是本发明的天线罩的一个超材料片层的结构示意图；

图3是多个图2所示的超材料片层堆叠形成的宽频带超材料天线罩的结构示意图；

图4是本发明的超材料片层的结构示意图（透视图）；

图5是本发明人造微结构的排布示意图；

图6是本发明人造微结构的示意图。

图中：超材料片层1，第一基板10，第二基板20，第三基板30，人造微结构300，口字形结构31，十字形结构32，第二金属微结构321，第一金属微结构322，类似于第一金属微结构的构造33，类似于第二金属微结构的构造34，T型结构35。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

图1是本发明的智能灌溉系统的原理框图。

如图1所示，本实施例提供了一种智能灌溉系统，包括：内设控制模块的抽水总泵和分布在田间各区域的土壤湿度检测模块，以及连通二者的云服务器；所述控制模块和土壤湿度检测模块上均设有无线通讯模块，以分别连入云服务器；所述土壤湿度检测模块适于检测所在区域的土壤含水量并发送至云服务器；所述控制模块适于从云服务器获取该检测值并判定其小于设定值时，控制开启抽水总泵。

具体的，所述土壤湿度检测模块包括但不限于FDR型频域反射仪，以检测所在区域的土壤含水量，并由无线通讯模块发至云服务器。

所述控制模块例如但不限于工控板或PLC模块，可以通过无线通讯模块连入云服务器，以获取土壤含水量检测值。

本发明的智能灌溉系统通过无线通讯模块实现了控制模块和土壤湿度检测模块在云服务器上的信息传输，从而控制抽水总泵对土壤干燥的区域进行灌溉，既能及时灌溉，又能保证不浪费水资源，也解决了田间拉扯网线的麻烦，具有节能环保的特点。

进一步，所述抽水总泵的出水端设有出水总管；以及所述出水总管连通各区域的出水分管，且在各出水分管的进水口处设有与土壤湿度检测模块一一对应的电子水阀；当某区域的土壤湿度检测模块检测土壤含水量小于设定值时，所述控制模块适于控制开启抽水总泵并开启对应的电子水阀，以使相应的出水分管对该区域进行灌溉。

进一步，所述无线通讯模块包括4G通讯模块，以及与该4G通讯模块相连的天线装置；所述天线装置包括：天线和天线外侧的天线罩。

超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构材料，通过对微结构的有序排列，可以改变空间中每点的相对介电常数和磁导率。超材料可以在一定范围内实现普通材料无法具备的折射率、阻抗以及透波性能，从而可以有效控制电磁波的传播特性。基于人造微结构的超材料天线罩可以通过调节人造微结构的形状、尺寸，来改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，从而实现与空气的阻抗匹配，以最大限度的增加入射电磁波的透射。并可通过调节微结构尺寸进行频率选择，根据需要调整相应透波和滤波频率。

图2是本发明的天线罩的一个超材料片层的结构示意图。

图3是多个图2所示的超材料片层堆叠形成的宽频带超材料天线罩的结构示意图。

图4是本发明的超材料片层的结构示意图（透视图）。

作为超材料天线罩的一种可选的实施方式。

如图2至图4所示，所述天线罩包括至少一个超材料片层1。所述超材料片层1包括至少两个相对设置的基板和附着在两基板之间的阵列排布的人造微结构。如图3所示：当超材料片层1有多个时，各个超材料片层1沿垂直于片层的方向叠加，并通过机械连接、焊接或粘合的方式组装成一体。通常，在能够满足性能的情况下，一个超材料片层就可以作为超材料天线罩来使用。阵列排布的人造微结构所在平面与电磁波的电场和磁场方向平行，与入射电磁波传播方向垂直。见图4，需要注意的是，如果是单个超材料片层，往往出于对天线罩外周的保护需要额外添加一个基板。超材料片层1中的第一基板10可划分为多个超材料单元，其中每个超材料单元上排布有一个人造微结构。

如图4所示，现以三个基板为例进行说明，超材料片层1包括三块相同的均匀等厚的片状基板：相对设置的第一基板10、第二基板20和第三基板30；所述第一基板10的面向第二基板20的表面上附着有阵列排布的人造微结构300。超材料片层1可划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述人造微结构。

在本实施例中，仅以三个基板为例进行说明，但是在实际设计时，也可以仅采用第一基板或者仅仅采用第一和第二基板，而人造微结构阵列排布在第一基板10上或第一、第二基板之间，同样能够达到本发明的目的。

图5是本发明人造微结构的排布示意图。

图6是本发明人造微结构的示意图。

如图5和图6所示，每一超材料单元的长和宽均为12～15mm，人造微结构300与超材料单元的边界之间的距离为0.15mm。每个人造微结构300包括口字形结构31，口字形结构31的中心位置设置有十字形结构32，十字结构是由两条垂直平分的等尺寸金属丝组成，十字形结构包括两条垂直的第一金属丝和第二金属丝，第一金属丝的两端设置有相同尺寸的第一金属微结构322，所述第一金属微结构322由三条尺寸递减的金属线平行组成；第二金属丝的两端设置有相同尺寸的第二金属微结构321，所述第二金属微结构321由一根金属线和一金属框组成，其中金属框包绕所述一根金属线；所述口字型结构中与第一金属丝相对一边的中部设有类似于第二金属微结构的构造34，所述口字型结构中与第二金属丝相对一边的中部设有类似于第一金属微结构的构造33；所述口字型结构中两边的交接处还设置有一T型结构35。

第二金属微结构的金属框为一带开口的正方形，第二金属丝从该开口进入第二金属微结构的正方形框内，第二金属丝末端设置尺寸为2/3正方形边框长度的横向金属丝。

在本实施例中，超材料单元的长和宽均为12.4mm。口字形结构31的边长均为a＝12mm。十字形结构32的两条金属丝的长度均为d＝5.5mm。第一金属微结构的三条递减的横向金属丝尺寸分别为：2.6mm/2.4mm/2.2mm，第二金属微结构的金属框边长为4mm。T字形结构35金属丝构造为长边3.5mm、短边0.5mm。人造微结构300中的金属丝的线宽均为w1＝0.1mm。人造微结构300与超材料单元边界之间的距离为0.2mm。基板的厚度均为2mm，人造微结构的厚度为0.016mm。

在本实施例中，基板由F4B或FR4复合材料制得。基板之间通过填充液态基板原料或者通过机械组装相互连接在一起。人造微结构300通过蚀刻的方式附着在第一基板10上，当然人造微结构300也可以采用电镀、钻刻、光刻、电子刻或者离子刻等常见方式附着在第一基板10或第二基板20上。基板材料也可以采用其他材料制成，比如陶瓷、聚四氟乙烯、铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料制成。人造微结构300采用铜线制成，当然也可以采用银线、ITO、石墨或者碳纳米管等导电材料制成。附图中示意的天线罩的形状为平板状，在实际设计时也可以根据实际需求来设计天线罩的形状，比如可以设计成圆球状或者与天线形状匹配的形状(拱形的天线罩)等，本发明对此不作限制。

本天线罩通过在基板上附着特定形状的人造微结构，得到需要的电磁响应，使得基于超材料的天线罩的透波性能增强，抗干扰能力增加。可以通过调节人造微结构的形状、尺寸，来改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，从而实现与空气的阻抗匹配，以最大限度的增加入射电磁波的透射，减少了传统天线罩设计时对材料厚度和介电常数的限制。而且本天线罩的工作频带在12.5-15.8GHz之间，且在此频带内的透波效率很高，损耗较小。在此频带以外具有带阻特性，可实现选择性滤波。

本发明的智能灌溉系统通过无线通讯模块实现了控制模块和土壤湿度检测模块在云服务器上的信息传输，从而控制抽水总泵对土壤干燥的区域进行灌溉，既能及时灌溉，又能保证不浪费水资源，也解决了田间拉扯网线的麻烦；同时通过在无线通讯模块的天线上安装超材料天线罩，减少了传统天线罩设计时对材料厚度和介电常数的限制，增强透波性能和抗干扰能力，以使控制模块及时有效接收土壤水量检测值，提高了工作效率。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种智能灌溉系统，其特征在于，包括：

内设控制模块的抽水总泵和分布在田间各区域的土壤湿度检测模块，以及连通二者的云服务器；

所述控制模块和土壤湿度检测模块上均设有无线通讯模块，以分别连入云服务器；

所述土壤湿度检测模块适于检测所在区域的土壤含水量并发送至云服务器；

所述控制模块适于从云服务器获取该检测值并判定其小于设定值时，控制开启抽水总泵。

2.根据权利要求1所述的智能灌溉系统，其特征在于，

所述抽水总泵的出水端设有出水总管；以及

所述出水总管连通各区域的出水分管，且在各出水分管的进水口处设有与土壤湿度检测模块一一对应的电子水阀；

当某区域的土壤湿度检测模块检测土壤含水量小于设定值时，所述控制模块适于控制开启抽水总泵并开启对应的电子水阀，以使相应的出水分管对该区域进行灌溉。

3.根据权利要求2所述的智能灌溉系统，其特征在于，

所述无线通讯模块包括：天线装置；

所述天线装置包括：天线和位于天线外侧的天线罩；其中

所述天线罩包括至少一个超材料片层；

每个超材料片层包括第一基板和阵列排布在所述第一基板上的多个尺寸相同的人造微结构；

所述人造微结构包括口字形结构，以及

所述口字形结构的中心位置设置有十字形结构，且所述口字形结构的每一边的中部均设置有类似于所述十字形结构的对应端部结构。

4.根据权利要求3所述的智能灌溉系统，其特征在于，

每个所述超材料片层还包括覆盖于多个人造微结构上的第二基板、第三基板。

5.根据权利要求3所述的智能灌溉系统，其特征在于，

所述超材料片层中的第一基板可划分为多个超材料单元，其中每个超材料单元上排布有一个所述人造微结构。

6.根据权利要求5所述的智能灌溉系统，其特征在于，

所述超材料单元的长和宽均为12～15mm，所述人造微结构与所述超材料单元的边界之间的距离为0.15mm。

7.根据权利要求6所述的智能灌溉系统，其特征在于，

所述十字形结构包括两条互相垂直的第一金属丝和第二金属丝；

所述第一金属丝的两端设置有相同尺寸的第一金属微结构，且所述第一金属微结构由三条尺寸递减的金属线平行组成；

所述第二金属丝的两端设置有相同尺寸的第二金属微结构，所述第二金属微结构由一根金属线和一金属框组成，其中金属框包绕所述一根金属线；

所述口字型结构中与第一金属丝相对一边的中部设有类似于第二金属微结构的构造，所述口字型结构中与第二金属丝相对一边的中部设有类似于第一金属微结构的构造；

所述口字型结构中两边的交接处还设置有一T型结构。

8.根据权利要求7所述的智能灌溉系统，其特征在于，

所述十字形结构由两条尺寸相同且垂直平分的金属丝构成。